ANÁLISIS Y APLICACIÓN INFORMÁTICA PARA IMPLEMENTACIÓN SOBRE PLC DE SISTEMAS AUTOMÁTICOS DESARROLLADOS CON HERRAMIENTAS DE ALTO NIVEL

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1 ANÁLIS Y APLICACIÓN INFORMÁTICA PARA IMPLEMENTACIÓN SOBRE PLC DE STEMAS AUTOMÁTICOS DESARROLLADOS CON HERRAMIENTAS DE ALTO NIVEL Mónica Baigorri Martínez (1) Monica.baigorri@die.unirioja.es Emilio Jiménez Macías (1) emilio.jimenezm@die.unirioja.es Eduardo Baigorri Martínez (1) Eduardo.baigorri@die.unirioja.es (1) Departamento de Ingeniería Eléctrica. Área de Ingeniería de Sistemas y Automática. Universidad de La Rioja. C/Luis de Ulloa 20 CP Logroño (La Rioja) Resumen El presente trabajo se basa principalmente en el desarrollo de un software para la utilización sobre autómatas programables industriales de redes de Petri. El PLC utilizado ha sido el CQM1 de Omron. Es decir, se ha diseñado un software para que, una vez capturada la red de Petri creada con el programa editor, el usuario pueda cambiar distintos parámetros de la misma y modificarla a su antojo, para posteriormente poder enviarla al PLC y que éste sea capaz de interpretarla correctamente. De esta manera, a la hora de programar en el PLC determinados procesos industriales, el usuario no necesitará programar el autómata, sino que bastará con que diseñe la red de Petri correspondiente a dicho proceso. Palabras Clave: Redes de Petri, Autómatas Programables Industriales, PLCs. 1 OBJETIVOS Las RdP constituyen una familia de formalismos, con diferentes niveles e interpretaciones, de los cuales simplemente se han tratado los apropiados para el tipo de aplicaciones que se quieren trasladar al PLC, dejando abierto el camino para implementar muchos otros: Redes coloreadas, temporizadas no deterministas, híbridas, etc... Entre los principales objetivos cabe destacar: 1. Desarrollo de aplicación informática con programación en lenguaje visual orientado a objetos. 2. Análisis de herramientas de alto nivel para automatización y de las aplicaciones disponibles para su edición y simulación. 3. Desarrollo de algoritmos de conversión de las herramientas (Redes de Petri, Redes de Petri Temporizadas, etc.) desde las aplicaciones de edición hasta los autómatas programables. 4. Implementación de la aplicación informática que realice las siguientes tareas: Comunicación con el PLC. Comunicación con los editores de herramientas. Conversión a código máquina del PLC. Conversión a sistemas de simulación. Capacidad de modificación de los parámetros recibidos del editor. 5. Verificación del comportamiento de la aplicación y utilización en aplicación industrial. 2 FASES DEL DESARROLLO Se pueden distinguir varias partes bien diferenciadas (Figura 1): 1. Estudio detallado de Redes de Petri y del programa de edición y simulación de RdP utilizado. 2. Estudio del autómata programable CQM1 de Omron principalmente en lo referente a modos de comunicación y código máquina del mismo. 3. Diseño en lenguaje visual orientado a objetos del programa que edita, transforma y traduce redes de Petri al PLC. 3 ESTUDIO DE LAS REDES DE PETRI. Llegando a la conclusión de que las redes de Petri constituyen la más natural y potente extensión de los grafos de estado, se estudió qué clases de RdP eran más empleadas para la implementación de automatizaciones sobre PLCs. Con relación a los

2 grafos de estado, las redes de Petri permiten la representación clara y condensada del paralelismo y la sincronización, facilitando con ello la descripción o modelación de sistemas, así como su posterior realización. Estudio de Redes de Petri A NÁL IS Y APLICAC IÓN INF ORM Á TICA PARA IMPLEMENTACIÓN SOBRE PLC DE STEMAS AUTOMÁTICOS DESARROLLADOS CON HERRAMIENTAS DE ALTO NIVEL Comunicación PC < > PLC Estudio código máquina CQM1 Edición RdP Programa principal Transformación RdP - - Eventos - Lug. Binarios -... Figura 1. Esquema del proyecto. Transferencia RdP - Transmisión - Monitorización - Ejecución Una vez se tuvieron claros los principales conceptos de las redes de Petri y sus clases, así como los elementos que componen las mismas, se pasó al desarrollo del programa de edición y diseño de redes de Petri. Este programa genera varios archivos, de entre los que podemos destacar dos, además del propio archivo para poder editar una red de Petri diseñada anteriormente: Archivo de dibujo con extensión *.bmp. Este archivo contiene la representación gráfica de la red de Petri diseñada. Es un archivo meramente informativo, que se genera cada vez que cambia la RdP y que será capturado por el programa diseñado para el presente proyecto, de forma que el usuario tenga una clara información gráfica sobre la red de Petri sobre la que va a actuar posteriormente. Archivo de texto con extensión *.rdp. Este archivo contiene información sobre las transiciones, lugares, pesos, marcas, etc... de la red de Petri diseñada. Hay que señalar, que según el tipo de red que se haya diseñado o editado, estos archivos tendrán un formato u otro. Para una mayor explicación sobre este tema, se remite al lector al apartado correspondiente. Ambos archivos pueden ser editados por el usuario desde el programa diseñado en Visual Basic. 4 ESTUDIO DEL AUTÓMATA PROGRAMABLE CQM1 DE OMRON. A nivel teórico, existen tres tipos de comunicaciones que se pueden ejecutar a través de los puertos del CQM1 CPU41/21, que son los autómatas utilizados en el proyecto que nos ocupa. Estos son: Comunicaciones Host Link con un ordenador. Comunicaciones RS 232C con ordenador u otros dispositivos. Comunicaciones enlace uno a uno con otro CQM1. De estos tres tipos de comunicación, se desechó la comunicación enlace uno a uno, por motivos obvios, ya que el propósito del presente proyecto no es comunicar dos autómatas, sino la comunicación con el CQM1 a través del ordenador. De los dos tipos de comunicación restantes, la comunicación RS 232C no soporta protocolos, por tanto, es necesario utilizar el tipo de comunicación Host Link, la cual fue desarrollada por Omron con el fin de conectar PLC y ordenador vía RS 232C y controlar las comunicaciones de PLC desde el ordenador. En las comunicaciones Host Link, normalmente el ordenador genera un comando para un PLC y éste devuelve automáticamente una respuesta. Sin embargo, los PLC s tipo CQM1 también tienen la facultad de iniciar las transmisiones de datos si es necesario. Con este método, se puede habilitar además la transmisión automática de datos cuando cambian desde el CQM1 y por lo tanto simplifica el proceso de comunicaciones eliminando la necesidad de monitorización constante por parte del ordenador. Para el presente trabajo, el método de comunicación utilizado ha sido el normal, en el que los comandos son generados por el ordenador y enviados al PLC. Para la realización de este estudio, se creó en Visual Basic un pequeño programa de comunicaciones, con los comandos necesarios generados desde el ordenador. Este programa sirvió como base para el posterior diseño del programa principal Como se puede observar en la Figura 2, en este programa no se han implementado todos los comandos necesarios para la realización del programa principal, pero sí algunos de ellos, tanto de lectura como escritura, para la comprobación de la correcta comunicación entre el ordenador el PLC. Esta parte del proyecto se puede dividir en dos bien diferenciadas: 1. Por un lado, se realizó un detallado estudio sobre las funciones de comunicación del autómata CQM1 de Omron. Éste fue un estudio tanto teórico como práctico.

3 Figura 2. Programa de prueba para comunicacione con autómata CQM1. Por otro lado, se realizó un exhaustivo estudio sobre el código máquina del autómata CQM1. Para la realización de éste, se fueron mandando distintas órdenes al PLC, utilizando para ello el programa Syswin v 3.4 que es un potente paquete de software para los autómatas programables SYSMAC Serie C de Omron. El método fue el descrito a continuación: En primer lugar, se transfirieron al PLC una serie de programas creados en Syswin y que contenían entradas, salidas y el tipo de órdenes necesarias para el desarrollo posterior del proyecto. A continuación, y mediante el programa de prueba creado en Visual Basic se recogieron los datos mandados por la memoria de programa del autómata programable CQM1 y se fueron estudiando uno a uno todos los ejemplos, hasta que se llegó a las conclusiones finales sobre dicho código máquina. 5 DISEÑO DE LA APLICACIÓN INFORMÁTICA RdP-PLC Por último, y como parte principal del trabajo, se ha realizado en Microsoft Visual Basic 6.0 para desarrollo de 32 bits en Windows, edición empresarial, el programa que edita, transforma y traduce redes de Petri al PLC. Se puede observar que para poder realizar cualquiera de las posibilidades del programa, es necesario editar una red de Petri y obtener su información de transiciones y marcados. A partir de ahí, el usuario podrá trabajar sobre la red de Petri, modificando algunos de sus parámetros, añadiendo eventos a transiciones, definiendo lugares binarios o ejecutando o monitorizando la red de Petri editada y transferida al autómata programable. Posteriormente se irán introduciendo los diagramas de flujo correspondientes a cada una de las partes del programa principal, tales como cambiar parámetros, añadir eventos a transiciones, etc. Este programa consta, principalmente, de las siguientes partes: 1. Edición de redes de Petri. El programa es capaz de editar redes de Petri. Se edita, tanto el archivo que contiene el dibujo de la red de Petri a tratar (archivos con extensión *.bmp), como el archivo de texto en el que se encuentran los datos de dicha red: transiciones, lugares, marcados, arcos inhibidores etc. (archivos con extensión *.rdp). 2. Transformación de parámetros. Una vez que el usuario ha editado la RdP diseñada con el editor, y después de haber editado la tabla de transiciones y marcados, en la que se explican con detalle todos las características de la red: Transiciones que componen la RdP con sus correspondientes arcos pre y arcos-post y el peso de cada uno de ellos. Marcación inicial de los lugares marcados. Arcos inhibidores con su peso, el lugar del que proceden y la transición a la que se dirigen. Número de lugares que componen la red. Existen varias posibilidades, entre ellas: Cambiar los parámetros de temporización de las redes de Petri Temporizadas. En este apartado, el usuario puede: capturar los parámetros de temporización T1 y T2 actuales, cambiarlos a su gusto, siempre dentro de las normativas, o definir los parámetros por defecto y transferir dichos cambios a la red de Petri, de forma que éstos se reflejen en la tabla de transiciones. (Figura 3). Cambiar las prioridades de las transiciones. Las posibilidades de cambio son idénticas a las explicadas en el punto anterior. (Figura 3) Añadir eventos a las transiciones, indicando el canal y el bit deseados. En este apartado existen una serie de limitaciones, por lo que referimos al lector al manual de usuario de programa. (Figura 4). Definir los lugares como binarios, o no, con su correspondiente marcado a 0 ó 1. El usuario puede elegir como binario cualquier lugar de la red de Petri editada, y el mismo programa le indicará si la elección que ha hecho es o no posible. (Figura 5). Abrir y guardar archivos de lugares binarios o eventos definidos por el usuario para una determinada red de Petri. Los archivos de lugares binarios tendrán extensión *.bin y los de eventos en transiciones serán los de extensión *.evt. Imprimir la red de Petri, o las características de la misma, en la que, a parte del archivo de características de la red,.rdp, se imprimen los parámetros modificados por el usuario, tales como eventos añadidos a transiciones con el número de transición y el canal y bit, lugares binarios o no con su correspondiente marcado, etc.

4 3. Transmisión Ejecución de la RdP. En este apartado podemos realizar dos cosas: Poner el autómata en modo PROGRAM para estar en disposición de transmitir la RdP, bien sea modificada o no, al autómata programable. Cambiar el modo del autómata (RUN o MONITOR), para poder ejecutarlo o monitorizarlo desde Syswin. El diagrama de flujo de este último apartado, es el representado en la Figura 6. Como se puede observar en todos los diagramas de flujo, desde cualquiera de las partes del programa, se puede finalizar el mismo, volver a realizar cambios en la red de Petri editada, editar una nueva, cambiar de una función a otra, etc. Introducir Canal y Bit BORRAR TODO AÑADIR EVENTOS A TRANCIONES Abrir Archivo Eventos ACEPTAR CORRECTO? PARÁMETROS Valores de Eventos a RdP RdP CON TIEMPO RdP AUTÓMA T E M P O R IZ AC IO NE S (T1 Y T2) PRIORIDAD Valores por defecto T1 y T2 Actuales T1 y T2 Valores defecto Prioridades Actuales Prioridades GUARDAR ARCHIVO DE EVENTOS? Cambiar T1 y T2 Cambiar prioridades Guarda archivo *.evt Pasar T1 y T2 a Tabla Pasar prioridades a Tabla PARÁMETROS AÑADIR EVENTOS Figura 3. Diagrama de flujo de cambiar parámetros. Figura 4. Diagrama de flujo de añadir eventos a transiciones.

5 DEFINIR LUGARES BINARIOS COMUNICACIÓN CON CQM1 DETECTAR MODO Introducir Marcado "0" Ó "1" Abrir Archivo Lugares Binarios RUN? MONITOR? PROGRAM? Ejecución de programa en CQM1 Monitorización de programa en CQM1 Transmitir RdP al autómata VALORES ACEPTAR Fin transmisión de RdP CAMBIO EN TABLAS COMUNICACIÓN TIPO DE LUGAR Figura 6. Diagrama de flujo para comunicación con PLC. 6 CONCLUONES. DEFINIR LUGARES BINARIOS GUARDAR ARCHIVO LUGARES BINARIOS? Guarda archivo *.bin Se ha presentado un trabajo que da un pequeño paso a la hora de acercar el mundo de los autómatas programables industriales al de las herramientas gráficas de alto nivel empleadas para la implementación de automatizaciones industriales. Los Autómatas programables siguen siendo programados, generalmente, empleando lenguajes como el de contactos (ladder) que no correspondean a los avances técnicos y tecnológicos de hoy en día. Ciertas marcas de autómatas permiten emplear herramientas gráficas para la implementación de los sitemas secuenciales, como el GRAFCET, pero rara vez van más allá, y no se encuentran aplicaciones para trabajar directamente con otras herramientas de más alto nivel como son las RdP. En ese sentido el trabajo presentado acerca un tipo de RdP a un cierto modelo de autómata programable; un pequeño paso, pero muy fácilmente adaptable a otros tipos RdP y a otros modelos de autómatas. Figura 5. Diagrama de flujo definir lugares binarios.